自行車腳蹬內(nèi)板沖壓工藝分析與模具設(shè)計(jì)、級進(jìn)模含13張CAD圖,自行車,腳蹬,沖壓,工藝,分析,模具設(shè)計(jì),級進(jìn)模含,13,cad
自動(dòng)布局設(shè)計(jì)的塑料注射模冷卻系統(tǒng)
摘要：
本研究調(diào)查擴(kuò)展了我們先前從冷卻系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)階段到設(shè)計(jì)布局階段的自動(dòng)化功能。冷卻系統(tǒng)是在初步設(shè)計(jì)階段，布局設(shè)計(jì)階段兩個(gè)階段進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和制造的。圖表結(jié)構(gòu)用來捕捉一個(gè)給定的初步設(shè)計(jì)和圖遍歷算法來產(chǎn)生圖形結(jié)構(gòu)的冷卻回路。采用啟發(fā)式搜索發(fā)展到布局設(shè)計(jì)的冷卻回路，產(chǎn)生初步的生產(chǎn)計(jì)劃。開發(fā)布局設(shè)計(jì)的模型評價(jià)框架，評價(jià)產(chǎn)生的各種設(shè)計(jì)方案，實(shí)施一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證了該方法的可行性，并從系統(tǒng)生成的例子來說明的自動(dòng)設(shè)計(jì)過程的主要步驟。
關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)自動(dòng)化;自動(dòng)設(shè)計(jì)合成;注塑模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.簡介
注塑模具冷卻系統(tǒng)的功能是提供注塑成型過程中的熱調(diào)節(jié)，當(dāng)熱塑料熔體進(jìn)入模具的凹槽，會(huì)通過流經(jīng)系統(tǒng)散失的熱量冷卻和凝固。因?yàn)槔鋮s階段一般約占三分之二注塑成型過程的總周期，高效的冷卻過程中的生產(chǎn)力是非常重要的。冷卻系統(tǒng)也發(fā)揮了重要作用，在產(chǎn)品質(zhì)量，提供整個(gè)部分均勻冷卻的冷卻系統(tǒng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量，防止收縮差，內(nèi)應(yīng)力，和脫模問題。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除了在功能方面，也應(yīng)該考慮控制系統(tǒng)的制造模具制造成本
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，可分為三個(gè)階段：初步設(shè)計(jì)，布局設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)。雖然廣泛注塑模具使用CAD / CAM系統(tǒng)，它們主要限于提供詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的幾何建模工具，專門單機(jī)或附加軟件包，提供交互式設(shè)計(jì)的各個(gè)組成部分或子系統(tǒng)的幾何建模工具。然而，有限的自動(dòng)化工具，可以發(fā)揮更積極的角色，在初步布局設(shè)計(jì)階段的研究工作已有報(bào)道。在以前的研究項(xiàng)目，我們開發(fā)了一個(gè)基于特征的方法自動(dòng)創(chuàng)建的初步設(shè)計(jì)。由于具有復(fù)雜形狀的塑料部件，基于特征的方法分解成簡單的形狀特征的一部分，被稱為冷卻功能。即冷卻子電路，然后自動(dòng)生成，為每一個(gè)認(rèn)可的功能提供所需的冷卻功能。在目前的研究，在設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化擴(kuò)展到布局設(shè)計(jì)階段。考慮冷卻系統(tǒng)的功能和制造方面的初步設(shè)計(jì)，布局設(shè)計(jì)自動(dòng)生成技術(shù)的開發(fā)。
2.相關(guān)工作
研究注塑模具冷卻系統(tǒng)有四個(gè)主要的相關(guān)領(lǐng)域，即電腦輔助工程（CAE）的分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)，新的制造技術(shù)，早期研究工作的自動(dòng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)CAE分析。其中，MOLDFLOW和3D模型等商業(yè)CAE技術(shù)，經(jīng)過二十多年的拓展的研究，現(xiàn)正廣泛應(yīng)用在實(shí)踐中分析給定的設(shè)計(jì)。這些CAE方法可預(yù)測在冷卻階段中的溫度分布曲線，在實(shí)際模具制造前可大致估計(jì)效率和質(zhì)量。雖然CAE方法能夠分析一個(gè)給定的設(shè)計(jì)，但他們不顯示檢測分析結(jié)果中的可更改因素。設(shè)計(jì)中利用CAE分析結(jié)果來優(yōu)化設(shè)計(jì)。在給定初始的冷卻配置設(shè)計(jì)中，可制定目標(biāo)函數(shù)測量溫度均勻性和散熱效率。有關(guān)冷卻系統(tǒng)的配置參數(shù)和加工條件用目標(biāo)函數(shù)表示，通過整合冷卻分析算法和優(yōu)化算法，最初的設(shè)計(jì)可以微調(diào)，以優(yōu)化冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
據(jù)報(bào)道，最近通過了采用新的制造技術(shù)建立更好的冷卻系統(tǒng)的方法，而不是使用傳統(tǒng)的鉆孔的方法來產(chǎn)生直線通道，即需要堅(jiān)實(shí)的自由曲面制造技術(shù)優(yōu)勢，生產(chǎn)隨形冷卻通道，這種方法與初始的模具有一定的區(qū)別，因此，可實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制，即使是一個(gè)復(fù)雜形狀的零部件。據(jù)報(bào)道，越均勻的溫度分布可以實(shí)現(xiàn)更好的成型零件的三維控制，如Sun等。 [13]中采用數(shù)控銑床生產(chǎn)U形冷卻通道銑槽，這項(xiàng)技術(shù)是類似的隨形冷卻的方法，該方法能夠按照模具型腔的形狀。隨形冷卻法，在溫度控制的改善方面也有報(bào)道。
我們的工作重點(diǎn)是自動(dòng)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合成，在以前的工作[1,2]，基于特征的自動(dòng)初步設(shè)計(jì)代技術(shù)開發(fā)中，這是一個(gè)一直沒有得到很好調(diào)查與發(fā)展的領(lǐng)域。本文報(bào)道的工作集中在布局設(shè)計(jì)自動(dòng)化。自動(dòng)布局設(shè)計(jì)過程中，制定一個(gè)啟發(fā)式搜索過程，啟發(fā)式搜索設(shè)計(jì)自動(dòng)化是一種常用的技術(shù)，并已提交調(diào)查設(shè)計(jì)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備[14,15]。啟發(fā)式，引導(dǎo)布局設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)上的散熱性能和候選設(shè)計(jì)制造的模糊評價(jià)。自動(dòng)制造性分析在各種應(yīng)用領(lǐng)域已有廣泛的研究，在Grupta [16]報(bào)道了全面的調(diào)查。本研究開發(fā)的評價(jià)方法的靈感來自于[17]報(bào)道的方法在加工零件的制造和安裝計(jì)劃的評價(jià)，模糊邏輯在評估靈感的利用來自于模糊邏輯在注塑模具設(shè)計(jì)研究的各個(gè)方面的成功應(yīng)用，包括脫模方向確定[18]和成型性分析[19]。
3.方法的概述
在初步設(shè)計(jì)階段，要解決的主要問題是滿足功能要求，即一個(gè)給定的塑料部件的冷卻要求。初步設(shè)計(jì)指定的類型（如U型電路，平行的渠道，涌泉，冷卻塔等），大?。ㄈ缤ǖ篱L度和直徑），并形成冷卻的子電路的冷卻元件的大致位置。每個(gè)子電路提供的冷卻功能，可以從零件的一個(gè)部分帶走的熱量。我們以前的研究[1,2]表明，初步設(shè)計(jì)主要從零件的幾何形狀可以決定，并調(diào)節(jié)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的特征識別方法。給定初步設(shè)計(jì)，即可在布局設(shè)計(jì)階段，通過連接各個(gè)子電路和冷卻元件開發(fā)完整的冷卻回路。布局設(shè)計(jì)過程中要考慮制造和冷卻電路物理實(shí)現(xiàn)的可行性。
在目前的研究，調(diào)查集中在不使用并行冷卻及只有一個(gè)冷卻回路的冷卻系統(tǒng)。該項(xiàng)目需解決的問題包括：主冷卻元素的位置，通道互連的冷卻元件和子電路，和位置冷卻系統(tǒng)的入口和出口。每個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是相互關(guān)聯(lián)的，布局設(shè)計(jì)過程分為四個(gè)主要階段的操作分為：
1. 圖形結(jié)構(gòu)表示圖的初步設(shè)計(jì)和修改，以方便后續(xù)操作的推導(dǎo)。
2. 圖中結(jié)構(gòu)系統(tǒng)生成候選碼的冷卻回路。
3. 冷卻電路發(fā)展暫定制造計(jì)劃系統(tǒng)生成的布局設(shè)計(jì)。
4. 候選人的布局設(shè)計(jì)與散熱性能和制造方面的評價(jià)。
第一階段的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)準(zhǔn)備步驟，可以得出一個(gè)初步設(shè)計(jì)中的形式，有利于后續(xù)操作表示。從第二階段開始，控制結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)過程中采用從一個(gè)階段過渡到下一個(gè)過程的控制方法，從一個(gè)更高階段回溯到前一個(gè)階段。設(shè)計(jì)過程被制定作為一個(gè)搜索過程，即在每個(gè)階段的候選設(shè)計(jì)被選擇性處理。搜索樹制定來代表設(shè)計(jì)的過程，如圖1所示。
搜索樹中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)操作，或一個(gè)輸出操作。作為一個(gè)階段的選擇，最終可能導(dǎo)致后一階段，重要的是，在設(shè)計(jì)過程中回溯。例如，一個(gè)候選冷卻回路，最終可能導(dǎo)致布局設(shè)計(jì)有一個(gè)非常低等級的冷卻性能。為了尋找一種替代解決方案，設(shè)計(jì)過程中回溯到調(diào)查的第二階段（1）從同一進(jìn)口替代的冷卻回路;或（2）替代進(jìn)口，并生成一個(gè)新的冷卻回路，然后重復(fù)的后續(xù)階段來制定另一種設(shè)計(jì)。圖2（a）顯示了一個(gè)部分冷卻系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)的例子用于說明目的，只有半模具的核心。圖2（b）顯示了設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的最終的布局設(shè)計(jì)。圖2（c）顯示在第二階段的設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的替代方案。
4．圖形表示和操作初步設(shè)計(jì)
在一組不同類型的冷卻元件組成的子電路的形式給予了初步的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在子電路中產(chǎn)生的布局設(shè)計(jì)的基本問題是適當(dāng)?shù)倪B接標(biāo)識（例如，一組之間的互連平行通道）和相鄰的子電路（例如，在兩個(gè)相鄰層的兩個(gè)U型電路之間的連接），使他們可以連接，形成一個(gè)完整的冷卻回路。一個(gè)基于圖形的技術(shù)是用來解決這個(gè)問題，這包括三個(gè)主要步驟：
1. 制定一個(gè)初步設(shè)計(jì)的圖形表示。
2. 添加額外的節(jié)點(diǎn)和邊的圖形，以表示子電路之間和內(nèi)部的各種可能的連接。
3. 采用特定的圖表遍歷方法來找到對應(yīng)的冷卻回路的路徑
在以下小節(jié)中描述步驟1和2，第3步將在下一節(jié)描述。
4.1 圖表法
圖形表示的初步設(shè)計(jì)，初步構(gòu)建了一套不連貫子圖，例如，在初步設(shè)計(jì)中指定的每個(gè)子電路是由一個(gè)子圖表示。每個(gè)子圖的邊代表一個(gè)冷卻通道，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)入口，出口或相鄰信道之間的連接點(diǎn)。圖中的邊緣標(biāo)記的屬性之一：L型邊緣，C邊緣，或X-邊緣。L型邊用于表示直線冷卻通道（L通道）的邊緣。C - 邊用于表示冷卻通道（C通道）復(fù)雜形狀的邊緣。X邊緣為子電路內(nèi)子電路（X通道）或冷卻元件互連的邊緣。其冷卻效果，如果有的話，不考慮，也沒有在初步設(shè)計(jì)中指定。一個(gè)X-邊緣只有在布局設(shè)計(jì)過程創(chuàng)建。
各子電路的冷卻部件表示如下：為一個(gè)單獨(dú)的冷卻通道，由L型邊連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)使用一個(gè)平面的冷卻元件（如AU電路ORV通道），一個(gè)簡單的路徑組成備用節(jié)點(diǎn)和L-邊序列;元素的幾何形狀接近對方（如涌泉和擋板）的入口和出口，或一個(gè)復(fù)雜的三維冷卻通道（如冷卻元素塔），由C-邊緣連接的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。
4.2．圖形修改
一個(gè)冷卻系統(tǒng)，不使用并行的冷卻，且在擬議的圖形表示中只有一個(gè)冷卻回路對應(yīng)于一個(gè)簡單的路徑，，為在初步設(shè)計(jì)中指定的冷卻元件中連接全部或大部分的圖尋找一個(gè)適當(dāng)?shù)暮唵温窂剑?圖形應(yīng)該是一個(gè)連通圖。然而，初步構(gòu)建中，表示的初步設(shè)計(jì)圖的子圖所對應(yīng)的各子電路沒有連接，或者一個(gè)子電路本身可能無法代表圖中的連接組件。因此，最初的圖有一系列操作被修改，以便成為連接圖。
4.2.1．修改L - 圖
這些子圖只包含L型邊緣，這些在同一平面上的L型邊所代表的通道，被標(biāo)記為L-圖。L - 圖包含的典型冷卻內(nèi)容有U型電路，V型渠道，設(shè)置在同一平面上的平行冷卻通道。每個(gè)L- 圖的研究和修改，如有必要，形成一個(gè)至少有一個(gè)周期的連接子圖。這項(xiàng)修改增加了連接現(xiàn)有渠道的終點(diǎn)的額外通道。圖3（a）以圖形初步設(shè)計(jì)的簡單的例子，顯示圖形結(jié)構(gòu)效果。
需要注意的是，圖結(jié)構(gòu)由兩個(gè)連接子圖組成，其中，每個(gè)子圖由代表在初步設(shè)計(jì)中指定的冷卻元件L-邊以及添加在圖修改的X - 邊組成。
4.2.2．合并的子圖
合并子圖的目的是連接各個(gè)子圖形成一個(gè)連通圖。由于每個(gè)子圖代表在初步設(shè)計(jì)中指定的一個(gè)子電路，合并過程中應(yīng)避免子圖中的任何重大修改;及當(dāng)一個(gè)X-邊緣需要建立一個(gè)連接時(shí)要使用盡可能短的X邊。這些確保用各個(gè)子圖表示時(shí)，在初步設(shè)計(jì)中合并過程不會(huì)造成意義上的偏差。合并過程分為兩個(gè)階段：
在第一階段，只考慮L圖。假設(shè)兩個(gè)L-圖LGi和LGj在PLI和PLJ平面上。如果PLI和PLJ如果是平行的，合并后，它們之間的幾何距離小于閾值;或者PLi和PLj在同一平面上的，存在一對并行通道，一個(gè)來自LGI,其他來自LGJ以使它們之間的幾何距離小于閾值。在前一種情況下，LGi和LGj是按照下面描述的方法添加節(jié)點(diǎn)和邊來合并成一個(gè)單一的子圖。在原來的L型圖所代表的相應(yīng)通道均遵照平面離LGi和LGj有相等的距離。在后一種情況下，LGI和LGJ合并在于兩個(gè)通道中的一個(gè)上，（從而對應(yīng)子圖邊）。
在第二階段，所有子圖都要考慮。任何兩個(gè)子圖之間的距離達(dá)到最小就要被合并，兩個(gè)子圖Gi和Gj之間的距離被定義為Gi和GJ邊緣中的最小距離。Gi和Gj和邊緣之間的距離被定義為Ei和Ej代表的通道之間最短的幾何距離。合并反復(fù)執(zhí)行，直到所有的子圖合并成一個(gè)單一的圖形。
合并兩個(gè)子圖Gi和GJ（不是必要的L型圖），需要增加一個(gè)X-邊緣（也可能是一個(gè)額外的節(jié)點(diǎn)）;這相當(dāng)于增加一個(gè)通道連接Gi和Gj代表的兩個(gè)子電路。由于通道的冷卻效果尚未考慮在初步設(shè)計(jì)階段，應(yīng)使用最短的通道以避免系統(tǒng)的冷卻效果發(fā)生任何重大的變化。因此，這個(gè)新通道分別在兩個(gè)子電路上的兩個(gè)端點(diǎn)，應(yīng)放置在Gi和GJ之間的最小距離的位置。如果兩個(gè)平行的渠道出現(xiàn)最小距離， 則應(yīng)建造兩個(gè)新渠道（兩個(gè)X - 邊）。
在任一子電路，每個(gè)通道的終點(diǎn)，至少有一個(gè)是現(xiàn)有的終點(diǎn)。如果相同的最小距離之間發(fā)生多對平行通道，則X邊用同樣的方法添加到每一對通道上。
從合并過程中獲得的連通圖G代表可以連接冷卻元素和子電路的各種方式。連通圖的初步設(shè)計(jì)圖如圖3（B）。
5.冷卻電路的產(chǎn)生
找到上一步得到的連通圖?的冷卻電路，入口是G啟發(fā)式的節(jié)點(diǎn)之間的首選，可以根據(jù)一個(gè)特定的成型條件的具體要求，制定本次評選。一個(gè)簡單的啟發(fā)式算法在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對應(yīng)一種常見的做法，其用來選擇離澆口位置最接近的節(jié)點(diǎn)。從選定的入口節(jié)點(diǎn)開始，一組簡單的路徑是通過遍歷的?使用特定的遞歸深度優(yōu)先搜索算法從G獲得。在搜索中，搜索樹捕獲所有的簡單路徑，對應(yīng)著擁有選定入口的冷卻電路。
布局設(shè)計(jì)過程的要求是，所產(chǎn)生的冷卻回路應(yīng)盡可能多的冷卻元件連接。這就需要發(fā)現(xiàn)的簡單路徑應(yīng)盡可能長。因此引進(jìn)最大路徑的概念。給定G中的節(jié)點(diǎn)N0，N0開始的路徑是最大的，如果它在一個(gè)節(jié)點(diǎn)NN等終止，包含在路徑中的所有節(jié)點(diǎn)相鄰nN。換句話說，不創(chuàng)建一個(gè)循環(huán)就不能進(jìn)一步延長最大路徑。圖4（a）所示的圖表，以及4（b）與（c）給出了兩個(gè)從節(jié)點(diǎn)2開始的從圖中提取的最大路徑。深度優(yōu)先搜索算法從一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)檢索出所有最大路徑。給定一個(gè)圖G和一個(gè)起始節(jié)點(diǎn)N0，路徑搜索算法即生成一個(gè)搜索樹T。
對于G中每個(gè)從N0開始最大的路徑，搜索算法在T圖中構(gòu)造了一個(gè)從根到葉節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的路徑。圖4（d）顯示圖4（a）中產(chǎn)生的搜索樹。 圖4（d）顯示的路徑圖對應(yīng)著圖4（c）的最大路徑圖。 該算法的細(xì)節(jié)描述如下：
5.1．路徑搜索算法
開始，搜索樹T的根的構(gòu)造對應(yīng)給定的起始節(jié)點(diǎn)N0。然后調(diào)用搜索算法與圖G，并啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)N0。搜索算法檢索到G中所有與N0相鄰的節(jié)點(diǎn)Ni后，搜索算法停止工作。否則，相鄰節(jié)點(diǎn)Ni將作為一個(gè)子點(diǎn)存儲的樹T中，然后將圖G復(fù)制到一個(gè)新的圖形G1中，并將N0~Ni的邊（即n0和其相鄰節(jié)點(diǎn)Ni之間的邊緣）從G1中刪除。然后搜索算法遞歸調(diào)用每個(gè)Ni和新的圖形G1。遞歸搜索算法最終與樹T聯(lián)合所有從N0開始的最大路徑，下面的偽代碼，進(jìn)一步說明了算法。
路徑搜索算法（G，N）
輸入：G - 輸入圖
N0-輸入節(jié)點(diǎn)
全局變量：T搜索樹
開始
檢索節(jié)點(diǎn)妮相鄰的G N0;
如果沒有檢索節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)到結(jié)束
否則
{ 每個(gè)Ni存儲到T
GI=G;
在G1刪除了所有邊緣N0-Ni;
對于每個(gè)Ni
路徑搜尋（G1，Ni）;
}
5.2.算法的證明
重要的是要證明搜索路徑搜索樹T（七，N0）實(shí)際上包含了所有由G中一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)N0可檢索到的最大路徑，可以證明，對于G中N0開始的任何最大的路徑，都有從根到葉節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的路徑，證明如下：
考慮到G中最大路徑P的節(jié)點(diǎn)序列{N0，N1，N2，NK，…..Nn}。很顯然，N0存在于T的任何路徑，因?yàn)镹0是存儲在初期建設(shè)的T的根節(jié)點(diǎn)。 假設(shè)有在T路徑有PT段的對應(yīng)著最大路徑P.{N0，N1，N2…..NK}
假如節(jié)點(diǎn)nk+1，在G中與nk相鄰，節(jié)點(diǎn)nk+1 不等于Ni（i=0…..k），否則，最大的路徑P是不是一個(gè)簡單的路徑。這樣，邊緣NK~nk+1是不會(huì)從圖G1（G1，Ni）被刪除。因此，當(dāng)路徑搜索調(diào)用了G1和起始節(jié)點(diǎn)NK，G1必須包含邊緣NK~Nk+1。而后，執(zhí)行搜索路徑（G1，NK）將檢索nk+1和把它儲存在T中作為Nk的子節(jié)點(diǎn)，{N0，N1，N2，NK，nkC1}，從而在T存在使用感應(yīng)，存在路徑{N0，N1，N2，NK，nkC1。，NN} 。
為了表明，最大的路徑P的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)nNs 作為T的葉節(jié)點(diǎn)中存儲的，可以認(rèn)為G中的所有的節(jié)點(diǎn)Ni毗鄰nN。根據(jù)最大路徑的定義，所有相鄰節(jié)點(diǎn)Ni的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)nN在最大路徑。考慮到處理相鄰的的節(jié)點(diǎn)ni的執(zhí)行路徑搜索（G1，Ni）.因?yàn)镹i與 NN毗鄰，邊緣Ni~nN都會(huì)從G1中刪除。因此，路徑搜索（G1，nN）被調(diào)用時(shí)，沒有ni將被檢索，因?yàn)樗蠫中 nN的所有邊緣已經(jīng)被以前的執(zhí)行路徑搜索（G1，Ni）從G1刪除。因此，路徑搜索（G1，nN）終止而無需創(chuàng)建一個(gè)NN的子節(jié)點(diǎn)，并離開T的葉節(jié)點(diǎn)nN。
6.布圖設(shè)計(jì)的產(chǎn)生
給定一個(gè)冷卻回路，接下來的任務(wù)是：（1）生產(chǎn)的冷卻回路中產(chǎn)生的布局設(shè)計(jì)，開發(fā)一個(gè)初步的生產(chǎn)計(jì)劃插入模具；（2）通過模具側(cè)壁連接電路的入口和出口。圖5（a）顯示了簡單的電路和模具插入。圖5（b）所示，實(shí)現(xiàn)電路在模具中插入孔鉆。電路中的每個(gè)通道是由模具插入的墻上鉆了一個(gè)洞，然后插入一個(gè)插件，電路的入口/出口通過鉆安裝的模具插入方向連接到模具基地。這將確保密封劑（如O形圈）正確安裝在模仁及模具基地之間的接口。然后與模具基地側(cè)壁垂直的通道，將添加到連接的入口和出口的側(cè)壁。
參與生成的布局設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要任務(wù)：（一）每個(gè)通道的鉆孔方向的選擇;（二）通道及其他模具組件之間產(chǎn)生干擾時(shí)該通道位置的調(diào)整。
6.1．鉆孔方向
要確定一個(gè)通道的鉆孔方向，目的是將其一端延至擴(kuò)展部分相交，使得模具插入圍墻通道。在一般情況下，有兩個(gè)方向，可從兩端中的一端來延長通道。如果是線性的通道，會(huì)有更多的選擇。一個(gè)集R的線性合作渠道，通道可以分成??兩組不同的方式以R+1種方式加工。這樣，電路N組線性合作的渠道和m個(gè)獨(dú)立通道的在鉆孔方向的選擇上有超過2m+n選擇，作為選擇的號碼在渠道的數(shù)量上呈指數(shù)變化，啟發(fā)式搜索是每個(gè)通道找到一個(gè)合適的延伸方向。圖6顯示了冷卻電路的兩個(gè)可能選擇。如圖6（b）需要在三個(gè)方向的鉆孔，而圖6（c）需要五個(gè)方向。前者是可取的，因?yàn)樗筝^少的機(jī)器設(shè)置。啟發(fā)式是用來選擇需要更少的機(jī)器設(shè)置和加工時(shí)間少的替代方案。啟發(fā)式搜索，包括操作的兩個(gè)主要階段：
第1階段：從電路的第一個(gè)通道檢查，如果只有一個(gè)可行的方向擴(kuò)展反過來檢查。在這種情況下，通道向可行的方向延伸。當(dāng)A通道只有一個(gè)可行的方向延伸，如（1）在其他的方向，路口的路徑不是該通道旁的一個(gè)通道（包括擴(kuò)展部分）或（2）擴(kuò)展部分終止的印象表面（即成型零件表面）與其他模具零件相交。方向已作為首選方向標(biāo)用于擴(kuò)大渠道。在第2階段這些啟發(fā)式，引導(dǎo)方向的選擇等其余的通道將被用作首選方向。
第2階段：尚未在第一階段延長的每個(gè)通道，要再次在可行的方向轉(zhuǎn)進(jìn)行檢查。這是必要的，因?yàn)樵诘谝浑A段的一些渠道已擴(kuò)大，這可能會(huì)影響其他渠道的可行的方向延伸。如果有兩個(gè)通道的可行方向，其中一個(gè)方向當(dāng)是基于以下啟發(fā)式選擇的。并且所選擇的方向是唯一的、首選的。如果可行的方向是首選方向，或者沒有一個(gè)是首選方向，那么將會(huì)導(dǎo)致較短的延伸長度。一旦選擇的方向不是擴(kuò)展的首選方向，它將標(biāo)志著首選方向。往往減小鉆孔深度，這樣可以減少在機(jī)器的設(shè)置上花費(fèi)的時(shí)間，在深孔鉆減少了加工時(shí)間，避免了額外的努力。
利用圖7這個(gè)簡單的例子說明。圖7（a）及（b）顯示第1階段的操作通道L1和L5只有一個(gè)可行的方向延伸。圖7（c-e）代表在第2階段操作的主要步驟。圖7（c）顯示其余渠道沒有被延長的可行方向。圖7（d）顯示L2在一個(gè)方向上的擴(kuò)展導(dǎo)致擴(kuò)展較短。顯示了L2三個(gè)可選擇的擴(kuò)展首選方向。圖7（e）顯示其他渠道延伸后的首選方向的最終結(jié)果。
在一些冷卻回路可能遇到這種情況，在兩個(gè)操作階段中，沒有可行的方向。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，
操作終止和設(shè)計(jì)過程中，回溯到替代冷卻電路。如果從選定的入口節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的冷卻回路都已經(jīng)用盡，可返回軌道的設(shè)計(jì)過程中選擇另一種進(jìn)口，并生成一個(gè)新的候選冷卻回路集
6.2．通道位置的調(diào)整
為了保持模具結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，鉆孔通道不能過于靠近模具組件。因此，當(dāng)通道的鉆孔與模具任何面間的最小距離小于閾值，就被視為干擾。當(dāng)發(fā)生干擾，有必要的調(diào)整通道的位置。從第一個(gè)通道開始，每個(gè)通道都要進(jìn)行干擾檢查，如果有必要，該通道還有選擇合適的方法進(jìn)行調(diào)整。如果所有適用的調(diào)整方法未能消除干擾，調(diào)整進(jìn)程將會(huì)終止，設(shè)計(jì)從頭開始。
為了盡量減少對冷卻回路的整體散熱性能的影響，一個(gè)小的通道位置調(diào)整是允許的。假設(shè)Tadj代表允許的最大調(diào)整值，x是沿特定方向的通道調(diào)整量，{fi}表示定義模具插入的面，d(x, fi)代表fi與調(diào)整方向x上的通道之間的最小距離。沿某一特定方向的優(yōu)化調(diào)整是最小的x，x≦Tadj and mini{d(x,fi))}≧Tint
一旦冷卻回路形成通道連接序列，一個(gè)通道可能需要調(diào)整其相鄰?fù)ǖ?，以保持與鄰近通道的連通。因此，根據(jù)相鄰信道之間的幾何關(guān)系，選擇的方向調(diào)整和對相鄰的渠道進(jìn)行必要的調(diào)整不同。它有三大調(diào)整方法，即在面內(nèi)的調(diào)整，面外調(diào)整，混合調(diào)整，如下所述。
使用以下符號的解釋：{Li}, i=1,2,.,n表示n通道的順序，通道Li連接點(diǎn)pi+1和點(diǎn)Pi;
6.2.1．平面內(nèi)調(diào)整
這種方法是適用的，如果Li和其兩個(gè)相鄰?fù)ǖ繪i-1和Li+1都在同一平面上。這種方法是通過移動(dòng)Li到同一平面內(nèi)的新位置上，即通過上述方法被移動(dòng)到確定位移量選定的方向。三個(gè)通道Li-1, Li,及 Li+1，為使他們的方向不變，如有必要可進(jìn)行延長或縮短。Li.有兩種可能的移動(dòng)位置，如果Li-1 and Li+1方向平行，則Li的位置為無限接近于Li-1 或者是 Li+1，這些都是方向垂直于Li和平行于包含三個(gè)通道的平面。根據(jù)與Li相鄰的的渠道Li-1，Li+1的幾何關(guān)系，在任何方向的調(diào)整，將增加或減少相鄰?fù)ǖ赖拈L度。為了從兩個(gè)可能的方向選擇一個(gè)合適的方向，可以根據(jù)兩個(gè)方向?qū)ο噜復(fù)ǖ赖挠绊懀襟E如下：最初，兩個(gè)方向上的分?jǐn)?shù)都設(shè)置為0。如果一個(gè)方向延長X通道，那么它的數(shù)量值減少1，因?yàn)閄通道不適合提供冷卻效果。一個(gè)X-通道的延長可能會(huì)降低冷卻回路的效率，如果L型通道在一個(gè)方向上縮短，那么它的數(shù)值減少2，因?yàn)檫@可能對電路的散熱性能有不利影響。而如果一個(gè)方向延長L型通道，或縮短X通道，則數(shù)值沒有改變。圖8顯示了兩個(gè)簡單的例子。
6.2.2．平面外的調(diào)整
這種方法適用于Li和其鄰近通道組都在同一平面上的情況。這種方法是沿平面上任一方向移動(dòng)所有通道到一個(gè)新的位置。如圖9（a）所示的例子。這些通道由序列{Lm, Lm+1,.Li-1 Li, Li+1., Ln}表示。
案例1：LM-1是第一個(gè)通道中的冷卻回路。也就是說，前面沒有LM-2。令Px為包含LM-1的線和含有{LM，LN}的面之間的交點(diǎn)。如圖9（c）所示，LM-1的長度進(jìn)行調(diào)整，以便它在Px的終止,同時(shí)保持固定Pm+2（即終點(diǎn)的L_（M +1）），LM和Lm+1的長度，使P0m（即的LM起點(diǎn)）成為Px的重合，在圖9（d）所示。
案例2：LM-1和LM-2同時(shí)存在：
參照圖10，保持Pm+2固定時(shí)調(diào)整LM和LM+1的長度，同時(shí)，固定PM-2調(diào)整L-1和LM-2的長度，調(diào)整的目的在于在連接LM-1的終點(diǎn)Pm與Lm的起點(diǎn)P'm，以便在四個(gè)通道的長度所產(chǎn)生的調(diào)整對散熱性能的影響很小。
因?yàn)椋篜m=Pm-2+ Lm-2+ Lm-1，Lm-2 ，Lm-1經(jīng)過調(diào)整之后，Pm的新位置為：
Pm =Pm-2 +αm-2Lm-2 +αm-1LmK1
同樣，P'm=P'm+2 -Lm+1 –Lm，Lm經(jīng)過調(diào)整之后，P'm的新位置為：
P'm=Pm+2 –αm+1 Lm+1 –αmLm
α的調(diào)整因素和限制的范圍從0.5至1.5：Pm=P'm
Pm-2 +αm-2 Lm-2 +αm-1 Lm-1=Pm+2 -αm+1Lm+1 - αm Lm
上述方程有三個(gè)組成部分方程，有四個(gè)未知因素α’s： α’s可以使用線性規(guī)劃法
[20]最大限度地減少目標(biāo)函數(shù)Σiwi|αiI，其中Li為L型通道和X-通道wi分別為1和0。這一目標(biāo)的功能，確保所需的冷卻功能的通道是受影響較?。和瑯拥姆椒ㄒ策m用于在另一端的通道序列，重建LN和LN+1之間的連接。
6.2.3．混合調(diào)整
這種調(diào)整技術(shù)涉平面內(nèi)和平面外的其中一種調(diào)整，分兩種不同的情況來考慮：
方案1：如圖11所示的例子，Li在Li-1和Li-1的兩個(gè)可能的方向上，其長度進(jìn)行調(diào)整，使Li在包含Li 和 Li-1的平面與包含Li+1 and Li+2的平面的交線上，用啟發(fā)式?jīng)Q定調(diào)整的首選方向類似于平面調(diào)整：也就是說，采用啟發(fā)式，將選擇一個(gè)方向，在減少對電路的冷卻效果變化的結(jié)果。為了保持Li和Li+1之間的連接，調(diào)整Li+1和Li+2d 長度同時(shí)固定Pi+3，如果不存在Li+2，Li+1簡單的移動(dòng)到與Li一起。
方案2：Li是在含有Li和Li+1的平面和含有Li+1，Li+2d 平面之間的交叉線上。
如圖12所示的例子，Li的首選方向是從Li-1和Li-1兩個(gè)方向中選擇.如果Li還在于包含Li+1和Li+2的平面上，在這個(gè)平面上的所有通道{Li，Li +1，Li+2，LN}均按相同數(shù)值移動(dòng)，以維持Li和Li+1之間的連接，以及這個(gè)平面中的所有通道之間的連接。重新建立Ln 和 Ln+1的連接應(yīng)用，將會(huì)使用到平面外調(diào)整中所使用的技術(shù)，也就是說，如果Ln+1 and Ln+2都存在，線性規(guī)劃技術(shù)被用來調(diào)整長度Ln-1, Ln, Ln+1, and Ln+2使冷卻效果的變化達(dá)到最小；如果不存在LN+2，Ln+1和 Ln之間的新連接點(diǎn)由Ln+1和Ln和Ln-1的調(diào)整長度來決定。
7．布圖設(shè)計(jì)的模糊評價(jià)
從三個(gè)主要方面，即冷卻性能，制造，模具插入的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行評估候選人的布局設(shè)計(jì)。布局設(shè)計(jì)的額定IR由以下公式給出：
IR =（wc⊙Ic⊕（wm⊙Im）⊕T（ws⊙Is）
這是一個(gè)模糊的加權(quán)平均指數(shù)IC的散熱性能，制造指數(shù)IM，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)??[21,22]。運(yùn)營商⊕⊙代表模糊擴(kuò)展的加法和乘法。加權(quán)因子w的模糊變量的定義與五個(gè)層次的重要性：非常高（VH），高（HI），中期（MI），低（LO），和非常低（VL）。用戶指定的每個(gè)權(quán)重的重要性水平，使評價(jià)結(jié)果可以對特定的設(shè)計(jì)要求偏頗。例如，用戶可以為WC選擇VH，為VL選擇WM，為MI選擇WS。進(jìn)行昂貴的精密模具設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)為WC選擇MI，為WM選擇VH，為WS選擇VH，從而設(shè)計(jì)了一種低成本高產(chǎn)量的模具。
IC和Im指數(shù)是模糊變量。他們是由多種因素的模糊加權(quán)平均，得到如下所述。
7.1．冷卻性能指標(biāo)I
決定冷卻性能的一個(gè)主要因素是電路中每個(gè)冷卻通道的效率。效率因素Feff是冷卻電路從模具帶走的的熱量的有效性估計(jì)。它是由：
Feff = LeffLspc
其中Lspc是指定在初步設(shè)計(jì)中冷卻通道的總長度，Leff是提供有效的冷卻的冷卻通道的總長度。如果從段上的任何點(diǎn)測量零件表面上的最近點(diǎn)距離小于一個(gè)閾值，冷卻通道的一個(gè)部分被認(rèn)為是有效的。通過總結(jié)提供有效冷卻的所有的L-通道和C-通道段的長度來估計(jì)leff。
影響冷卻性能的另一個(gè)因素是在布局設(shè)計(jì)過程中添加的X通道。雖然，這些通道都沒有在初步設(shè)計(jì)中指定，他們?nèi)匀辉谀＞咴诔尚瓦^程中帶走熱量。X通道原本被設(shè)計(jì)在初步設(shè)計(jì)階段，它的存在將改變熱流模式，因此可能對一個(gè)成型零件表面的溫度分布的均勻性產(chǎn)生不利影響。為了估計(jì)潛在的不利影響的X通道，的因素Fxcl是定義如下：
Fxcl=Ltot-LxclLtot
其中LXCL的X通道總長度，Ltot是所有模具插入鉆孔總長度
比較常見的做法是，冷卻回路入口在靠近門的位置，塑料熔體進(jìn)入模具的澆口，以確保有效的冷卻和成型零件上溫度分布更均勻。估計(jì)的入口位置影響因素是Finl。這被定義為所有可能的入口位置距離（即圖中的所有節(jié)點(diǎn)）和澆口位置之間最小距離比例，DI選擇入口位置和澆口位置距離。有：
Finl=mini{di}di
由上述公式確定每個(gè)因素從0到1范圍內(nèi)變化。冷卻性能指標(biāo)IC定義為模糊加權(quán)平均的三個(gè)因素：
Ic =(weff⊙Feff ) ⊕(wxel⊙Fxel)⊕(winl⊙Finl)
其中，W為加權(quán)因素。
7.2．制造指數(shù)IM
制造指數(shù)由四個(gè)因素決定。鉆探長度因子Fdll制定估計(jì)鉆孔所需的時(shí)間。據(jù)估計(jì)，從鉆孔總長度如下：
Fdll=LspcLtot
Lspc是指定在初步設(shè)計(jì)中冷卻通道的總長度，Ltot是在模具中插入所有鉆孔總長度。
因素Fopr是制定評估工具的辦法，回縮，和定位上花費(fèi)的時(shí)間。據(jù)估計(jì)，從鉆孔作業(yè)總數(shù)如下：
Fopr =nspcntot
nspc指定初步設(shè)計(jì)通道數(shù)，ntot是在模具中插入鉆孔總數(shù)。
深孔鉆所需的額外的工作由考慮因素FDEP制定。假設(shè)深孔鉆所需的時(shí)間是常規(guī)孔鉆的TD倍（tdO1），則Fdep被定義為
Fdep =ntotntot+(td -1)ndep
系數(shù)Fset用來制定機(jī)器的設(shè)置上花費(fèi)的時(shí)間，估計(jì)鉆孔方向所需的數(shù)量。如果Fset鉆孔方向ndll大于6來自三個(gè)值（壞（BD），中等（MI），良好（GD））中的一個(gè)被分配到Fset 。
Fset=MI （ 4
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